FPGA的可重構測控系統應用設計

測控終端應用軟件的可重構、可識別包含兩個(gè)方面：其一，測控軟件平臺的可重構，即不同測控應用的軟件平臺能夠識別相同的控制指令，準確完成主控計算機分配的測控任務(wù)；其二，測控驅動(dòng)程序的可重構，即各種不同類(lèi)型的測量、控制應用的驅動(dòng)程序可以動(dòng)態(tài)鏈接到軟件平臺上，實(shí)現“熱拔插”。
測控軟件的重構平臺有多種選擇：可以是專(zhuān)用的基于圖形化GUI的虛擬儀器軟件，如Labview(通過(guò)CLF節點(diǎn)實(shí)現與儀器驅動(dòng)程序的接口，儀器驅動(dòng)程序以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式給出，將與儀器有關(guān)的I／0操作都封裝成函數，并通過(guò)訪(fǎng)問(wèn)USB或其他接口驅動(dòng)實(shí)現數據的輸入、輸出)；也可以采用通用的可視化軟件編程環(huán)境，如VB、VC等。對于小型、較簡(jiǎn)單的測控系統，推薦選用圖形化、高效的Labview。


3 基于CPCI總線(xiàn)的RMS的實(shí)現
下面給出的實(shí)例是應用于雷達信號實(shí)時(shí)偵測的基于CPCI總線(xiàn)的RMS。傳統的雷達偵測，由于信號特征和處理方式不同，需要研制多種獨立的偵測卡(如脈沖雷達偵測卡、連續波雷達偵測卡、敵我識別信號偵測卡等十幾種設備)及對應測控軟件。采用通用的硬件平臺，由1個(gè)CPCI工業(yè)控制計算機和2塊CPCI可重構硬件電路板卡構成，根據不同種類(lèi)的雷達信號分別進(jìn)行FPGA和DSP的設計，并將配置文件存儲在計算機中。實(shí)際工作時(shí)，針對不同的雷達信號，通過(guò)應用軟件選擇對應的軟硬件配置文件進(jìn)行動(dòng)態(tài)可重構，達到了小型化、通用化和軟硬件可重構化的效果，研發(fā)成本節約近70％，并縮短50％的開(kāi)發(fā)周期。圖3為該系統的硬件框圖。
圖3中，核心器件――可重構主控制器EP2$30是通過(guò)可重構FPGA和DSP器件來(lái)連接信號采集與控制處理輸出部分，實(shí)現測控功能的控制中心通過(guò)CPCI總線(xiàn)與主控計算機進(jìn)行數據交換的通道?；赟OPC的設計思想．使用Altera公司的NiosII處理器IP軟核及外圍邏輯編程實(shí)現主控制器功能。主控制器與CPCI控制器通過(guò)PCI局部總線(xiàn)交換指令和數據，通過(guò)自定義總線(xiàn)和DSP總線(xiàn)與FPGA和DSP交換采集和輸出數據。在系統重構模式下，主控制器通過(guò)CPCI控制器接收主機的重構指令和數據，對FPGA的配置存儲器和DSP的程序存儲器進(jìn)行在線(xiàn)編程；同時(shí)也可以直接對FPGA進(jìn)行在線(xiàn)并行加載，完成系統的硬件重構。在系統正常工作模式下，主控制器把從采集部分獲得的實(shí)時(shí)數據通過(guò)CPCI總線(xiàn)傳輸給主控計算機，或送往DSP進(jìn)行數據處理并控制輸出。


對于數據采集模塊和控制輸出模塊，“可重構”的含義是指其模塊組成可以根據測控需要進(jìn)行裁剪，例如可選用PAD模塊、基于FPGA實(shí)現的電動(dòng)機轉速控制模塊、步進(jìn)電機控制模塊等。

結 語(yǔ)
本文根據測控系統的通用結構模型和FPGA的可重構功能特點(diǎn)，提出了一種基于FPGA器件，針對嵌入式應用有效縮短開(kāi)發(fā)周期和設計與應用成本，滿(mǎn)足并行性、多任務(wù)、開(kāi)放化和集成化要求的RMS的平臺式設計思想，實(shí)現了測控系統“只能由廠(chǎng)家定義、設計，用戶(hù)只能使用”模式和“單任務(wù)”模式的突破。RMS技術(shù)在工業(yè)現場(chǎng)控制、城市市政管理、智能樓宇監控、智能家居等領(lǐng)域應用前景廣闊，在遠程重構和網(wǎng)絡(luò )測控方面亦有研究?jì)r(jià)值。